paper osilator
DESCRIPTION
Osilator adalah alat pembangkit gelombangTRANSCRIPT
DISUSUN OLEH :
TRI HARRY INDRAH
(A 241 14 068)
RIZKY EKA SAPUTRA
(A 241 14 071)
TRIYANI T.(A 241 14 066)
Osilator 2016This paper describes the working principle of the oscillator along with the types of oscillators
OSILATOR
I. TUJUAN1. Menjelaskan Apa itu Osilator2. Mengetahui Klasifikasi Osilator Berdasarkan Prinsip Kerjanya
II. TEORI SINGKAT
1. Apa itu OsilatorOsilator adalah pembangkit sinyal dengan periode tertentu . Osilator
menghasilkan beberapa bentuk gelombang, yaitu : sinus, kotak, segitiga, gigi
gergaji dan pulsa. Osilator terbentuk dari beberapa model rangkaian sesuai
dengan bentuk gelombang yang dihasilkannya.
Osilator merupakan piranti elektronik yang menghasilkan keluaran
berupa isyarat tegangan. Bentuk isyarat tegangan terhadap waktu ada
bermacam-macam, yaitu bentuk sinusoidal, persegi, segitiga gigi gergaji, atau
denyut. Osilator berbeda dengan penguat, oleh karena penguat memerlukan
isyarat masukan untuk menghasilkan isyarat keluaran. Pada osilator, tak ada
isyarat masukan, hanya ada isyarat keluaran saja, yang frekuensi dan
amplitudonya dapat dikendalikan. Seringkali suatu penguat secara tak
disengaja menghasilkan keluaran tanpa masukan dengan frekuensi yang
nilainya tak dapat dikendalikan. Dalam hal ini, penguat dikatakan berosilasi.
Osilator bisa dibangun dengan menggunakan komponen yang
memperlihatkan karakteristik resistansi-negatif dan lazimnya hal ini adalah
dioda terobosan dan transistor satu lapis. Namun demikian, sebagian besar
rangkaian osilator didasarkan pada penguat dengan umpan balik positif.
Rangkaian osilator menghasilkan arus bolak-balik (ac) dengan daya
kurang dari satu watt sampai dengan ribuan watt. Bila diperlukan tegangan ac,
frekuensi daya dan berdaya besar (10 sampai dengan 100 Hz), dapat
digunakan berbagai jenis alternator elektromagnetik. Untuk frekuensi-
frekuensi yang lebih tinggi di dalam daerah frekuensi-radio, digunakan
rangkaian osilator transistor atau tabung.
2. Klasifikasi Osilator
Secara umum prinsip rangkaian osilator dibagi dua, yaitu Osilator Harmonisa
dan Osilator Relaksasi.
A. Osilator Harmonisa
Osilator harmonisa menghasilkan bentuk gelombang sinusoida. Osilator
harmonisa disebut juga dengan Osilator Linear. Bentuk dasar osilator
harmonisa terdiri dari sebuah penguat dan sebuah filter yang
membentuk umpan balik positif yang menentukan frekuensi output.
Prinsip osilator ini dimulai dengan adanya noise/desah saat pertama kali power
dinyalakan. Noise/desah ini kemudian dimasukkan kembali ke input penguat
dengan melalui filter tertentu. Karena hal ini terjadi berulang-ulang, maka
sinyal noise akan menjadi semakin besar dan membentuk periode tertentu
sesuai dengan jaringan filter yang dipasang. Periode inilah yang kemudian
menjadi nilai frekuensi sebuah osilator.
Macam-macam osilator harmonisa/ sinus :
1. Osilator Amstrong
Osilator Amstrong
Osilator amstrong dinamai sesuai dengan nama penemunya Edwin Amstrong.
Osilator amstrong terdiri dari sebuah penguat dan sebuat umpan balik
rangkaian LC.
2. Osilator Hartley
Osilator Hartley
Osilator Hartley termasuk jenis osilator LC. Osilator Hartley tersusun dari dua
buah induktor yang disusun seri dan sebuah kapasitor tunggal. Kelebihan
osilator hartley adalah mudahnya mengatur nilai frekuensi yaitu dengan
menempatkan sebuah kapasitor variabel pada komponen kapasitornya. Selain
itu amplitudo output osilator juga relatif tetap pada range frekuensi kerja
penguat osilator.
3. Osilator Colpits
Osilator Colpits
Osilator Colpits termasuk jenis osilator LC. Osilator colpits tersusun dari dua
buah kapasitor yang disusun seri dan sebuah induktor tunggal. Kelebihan
osilator colpits adalah mudahnya mengatur nilai frekuensi yaitu dengan
menempatkan sebuah induktor variabel pada komponen induktornya seperti
halnya penggunaan kapasitor variabel pada osilator hartley. Amplitudo output
osilator juga relatif tetap pada range frekuensi kerja penguat osilator.
4. Osilator Clapp
Osilator Clapp
Osilator Clapp termasuk jenis osilator LC. Osilator Clapp tersusun dari tiga
buah kapasitor dan satu buah induktor. Konfigurasi osilator clapp sama
dengan osilator colpits namun ada penambahan kapasitor yang disusun seri
dengan induktor (L). Osilator Clapp diperkenalkan oleh James K. Clapp pada
tahun 1948.
5. Osilator pergeseran Fasa
Osilator Pergeseran Fasa
Osilator pergeseran fasa termasuk jenis osilator RC. Pada osilator pergeseran
fasa terdapat sebuah pembalik fasa total 180 derajat. Pembalik fasa ini di
menggeser fasa sinyal output sebesar 180 derajat dan memasukkan kembali ke
input sehingga terjadi umpan balik positif. Rangkaian pembalik fasa ini
biasanya dibentuk oleh tiga buah rangkaian RC.
6. Osilator Kristal
Osilator Kristal
Osilator Kristal adalah osilator yang rangkaian resonansinya tidak
menggunakanan LC atau RC melainkan sebuah kristal kwarsa. Rangkaian
dalam kristal mewakili rangkaian R, L dan C yang disusun seri. Osilator
Pierce ditemukan oleh George W. Pierce. Osilator Pierce banyak dipakai pada
rangkaian digital karena bentuknya yang simpel dan frekuensinya yang stabil.
Kristal oscilator berfungsi untuk menghasilkan sinyal dengan tingkat
kestabilan frekuensi yang sangat tinggi. Kristal pada oscilator ini terbuat dari
quartz atau Rochelle salt dengan kualitas yang baik. Material ini memiliki
kemampuan mengubah energi listrik menjadi energi mekanik berupa getaran
atau sebaliknya. Kemampuan ini lebih dikenal dengan piezoelectric effect.
Rangkaian Internal Kristal Gambar diatas memperlihatkan rangkaian setara
kristal. Rangkaian setara resonansi seri akan berubah jika kristal ditempatkan
pada suatu wadah atau “pemegang”. Kapasitansi akibat adanya keping logam
akan terhubung paralel dengan rangkaian setara kristal. Dalam hal ini kristal
memiliki kemampuan untuk memberikan resonansi paralel dan resonansi seri.
Pada oscilator, kristal yang berfungsi sebagai rangkaian resonansi seri, kristal
seolah-olah memiliki induktansi (L), kapasitansi (C) dan resistansi (R). Nilai L
ditentukan oleh massa kristal, harga C ditentukan oleh kemampuannya
berubah secara mekanik dan R berhubungan dengan gesekan mekanik. Berikut
adalah contoh oscilator menggunakan tank cirkuit kristal sebagai resonansi
seri.
Rangkaian Oscilator Hartley Dengan Kristal Rangkaian Oscilator Colpitts
Dengan Kristal Kristal ini dapat dioperasikan pada rangkaian tangki dengan
fungsi sebagai penghasil frekuensi resonansi paralel. Kristal sendiri dapat
dioperasikan sebagai rangkaian tangki. Jika kristal diletakkan sebagai jaringan
umpan balik, kristal akan merespon sebagai piranti penghasil resonansi seri.
Kristal sebenarnya merespon sebagai tapis yang tajam. Kristal dapat
difungsikan sebagai umpan balik pada suatu frekuensi tertentu saja. Oscilator
Hartley dan Colpitts dapat dimodifikasi dengan memasang kristal ini.
Stabilitas oscilator akan meningkat dengan pemasangan kristal.
Rangkaian Internal Kristal
Rangkaian Oscilator Hartley Dengan Kristal
Rangkaian Oscilator Colpitts Dengan Kristal
Semua peralatan komunikasi modern menggunakan osilator kristal kuarsa
karena osilator ini tidak akan bergeser lebih dari beberapa hertz dari frekuensi
dasarnya. suatu oscillator frekuensi-variabel atau osilator “terangsang-
sendiri” (self-exited) dapat bergeser cukup besar. Suatu kristal kuarsa dapat
berupa seperti pecahan kaca jendela tipis yang berukuran 1/4 sampai 1-inchi
persegi. Untuk menggunakannya sebagai suatu oscillator, maka crystal kuarsa
harus dipotong dalam irisan yang tipis dan digosok halus.
Kristal kuarsa demikian ini mempunyai sifat-sifat tertentu. Jika sebuah kristal
dipegang di antara dua pelat logam yang datar dan kedua pelat tersebut ditekan
bersama, maka akan timbul suatu ggl yang kecil di antara kedua pelat tersebut,
seolah-olah kristal tersebut menjadi baterai saat pada itu. Bila pelat dilepas,
crystal melenting kembali ke bentuk semula dan suatu ggl dengan polaritas-
berlawanan akan timbul di antara kedua pelat. Dengan cara ini, energi
mekanik diubah menjadi energi listrik oleh kristal. Juga, bila suatu ggl
diberikan pada kedua pelat, maka kristal akan berubah bentuknya. Jika
diberikan ggl dengan polaritas berlawanan, kristal akan berubah bentuk
dengan arah berlawanan. Dengan cara ini, energi listrik akan diubah menjadi
energi mekanik oleh kristal. Kedua aksi yang berbalikan pada kristal ini
dikenal sebagai efek piezoelektrik. Kristal-kristal buatan-manusia seperti
lithium tantalit, timah sirkonat, dan timah titanat dalam beberapa hal lebih
unggul dari kristal kuarsa alam.
Jika kristal yang terletak di antara dua pelat logam dirangsang-kejut baik
dengan tekanan secara fisik maupun dengan muatan listrik, maka kristal
tersebut akan bergetar secara mekanik pada frekuensi alamnya dalam waktu
singkat dan pada saat yang sama menghasilkan ggl ac di antara kedua pelat.
Peristiwa ini menyerupai osilasi elektron teredam pada rangkaian LC yang
dirangsang-kejut. Suatu kristal yang bergetar akan menghasilkan ggl ac jauh
lebih lama daripada rangkaian LC bila dirangsang-kejut, karena kristal
mempunyai Q yang jauh lebih tinggi (rugi-rugi lebih kecil) daripada rangkaian
LC.
Suatu oscillator crystal penalaan-gerbang penalaan-salur (Tuned-Gate Tuned-
Drain = TGTD) menggunakan kristal sebagai pengganti tangki LC pada
rangkaian gerbangnya. Seperti gambar di bawah ini :
Gambar Rangkaian osilator
Dalam rangkaian oscillator di atas ini kristal bekerja sebagai sebuah rangkaian
resonansi-paralel Q-tinggi. Kapasitor penghalang kebocoran-gerbang tidak
diperlukan, karena kristal merupakan suatu isolator dan tidak akan
menghubung-singkatkan resistor sebagaimana yang terjadi pada kumparan
LC. Bila saklar ditutup, tangki LC di dalam rangkaian salur akan dirangsang-
kejut menjadi berosilasi oleh suatu gejolak arus ID yang tiba-tiba. Tegangan ac
yang timbul pada rangkaian LC tersebut dibalikkan ke pelat atas kristal
melalui kapasitansi dalam CDG, dan ke pelat bawah kristal melalui Cbp.
Kristal mulai bergetar dan bekerja sebagai sebuah generator ac dengan
sendirinya. Tegangan gll yang dibangkitkan oleh kristal akan menimbulkan
variasi ID pada rangkaian LC.
Dengan kedua rangkaian kristal dan LC berosilasi dan saling mengumpan
dengan fasa yang tepat, maka keseluruhan rangkaian akan berosilasi sebagai
suatu sumber ac yang sangat mantap. Rangkaian LC-nya harus ditala pada
frekuensi yang sedikit lebih tinggi dari frekuensi kristal untuk menghasilkan
hubungan fasa yang sesuai di antara kedua rangkaian supaya osilasi tetap
terpelihara. Pada keadaan tanpa osilasi, pada rangkaian tidak akan timbul
prategangan pada resistor kebocoran-gerbang dan ID akan membesar. Jenis
osilator ini dapat ditala sambil mengamati miliampere-meter yang dipasang
pada rangkaian. Penurunan ID pada waktu rangkaian LC ditala merupakan
suatu petunjuk bahwa rangkaian sedang berosilasi dan menimbulkan
prategangan (bias). Semakin baik kristal berosilasi, semakin besar
prategangannya dan semakin kecil ID. Osilator Kristal.
Bila sedang menala suatu tahap oscillator crystal, pada waktu tangki LC
membesar frekuensinya, rangkaian tiba-tiba akan berosilasi sangat kuat dan
IDtiba-tiba turun sampai nilai minimumnya sewaktu frekuensi resonansi kristal
tercapai. akan tetapi, jika rangkaian LC berkurang frekuensinya pada waktu
ditala, ID pelan-pelan berkurang sampai pada nilai minimumnya dan kemudian
melonjak ke maksimal pada waktu rangkaian berhenti berosilasi. Hal ini
merupakan karakteristik penalaan dari semua rangkaian TGTD. Suatu nilai
minimum ID tidak berarti menunjukkan keadaan kerja yang optimum. Agar
osilator kristal bekerja dalam keadaan paling baik, nilai ID sebaiknyasekitar
20% di atas minimumnya. Saat rangkaian LC di atur, frekuensi osilasi dapat
berubah sampai sebesar sekitar satu kilo hertz.
Frekuensi osilasi kristal ditentukan oleh bahannya, ketebalannya, ukuran fisik,
sudut potongan, tekanan pada pelat, jenis rangkaian, dan suhu. Frekuensi
osilasi dapat juga diubah dengan memasang kapasitor variabel kecil secara
paralel atau menserikannya dengan induktansi yang kecil. Kristal seringkali
bersepuh-perak pada kedua permukaan datarnya, dengan kawat penghubung
yang disolder di tengah-tengah masing-masing permukaan perak tersebut.
Kristal dapat juga bergetar dengan melentur bolai-balik (flexullary),
memuntir(torsionally), atau pada waktu bersamaan bergetar dengan kedua cara
tersebut.
7. Osilator Jembatan Wien
Osilator Jembatan Wien
Osilator ini termasuk jenis osilator RC. Osilator jembatan Wien disebut juga
osilator “Twin-T” karena menggunakan dua “T” sirkuit RC beroperasi secara
paralel. Satu rangkaian adalah sebuah RCR “T” yang bertindak sebagai filter
low-pass. Rangkaian kedua adalah CRC “T” yang beroperasi sebagai
penyaring bernilai tinggi. Bersama-sama, sirkuit ini membentuk sebuah
jembatan yang disetel pada frekuensi osilasi yang diinginkan. Sinyal di cabang
CRC dari filter Twin-T yang maju, di RCR itu – tertunda, sehingga mereka
dapat melemahkan satu sama lain pada frekuensi tertentu.
B. Osilator Relaksasi
Osilator Relaksasi adalah osilator yang memanfaatkan prinsip saklar secara
terus menerus dengan periode tertentu yang menentukan frekuensi output.
Osilator relaksasi menghasilkan beberapa bentuk gelombang non sinus, yaitu :
Gelombang kotak, segitiga, pulsa dan gigi gergaji.
Osilator relaksasi sederhana adalah sebuah multivibrator / flip-flop. Prinsipnya
adalah mensaklar tagangan suply oleh sebuah komponen transistor atau FET.
Multivibrator
Osilator relaksasi juga ada yang menggunakan IC yaitu yang terkenal adalah
dengan IC 555.
Osilator IC 555
Histeresis umpanbalik positif
Rangkaian-1 berikut adalah rangkaian osilator dengan satu komparator. Mari
kita analisa rangkaian ini bagian perbagian. Bagian pertama adalah rangkaian
umpanbalik (feedback) positif yang terdiri dari resistor R1 dan R2. Kedua
resistor ini tidak lain merupakan pembagi tegangan yang meng-umpanbalik-
kan sebagian porsi dari tegangan output komparator. Tengangan umpanbalik
ini diumpankan kembali pada masukan referensi positif komparator LM393.
Kita sebut saja titik masukan ini titik referensi positif atau dengan notasi
+vref. Karena tegangan output komparator op-amp bisa mecapai titik tertinggi
(+Vsat) dan bisa juga ada pada titik terendah (-Vsat), maka tegangan titik
referensi ini juga akan berubah-ubah.
Jika tegangan keluaran op-amp ada pada titik tertinggi (+Vsat) maka
tengangan referensi op-amp pada saat ini adalah +vref = +BVsat. B diketahui
adalah porsi tegangan umpanbalik yaitu B = (R1/R2+R1). Kita sebut tegangan
ini titik UTP (upper trip point). Sebaliknya jika tegangan keluaran komparator
ada pada titik terendah (-Vsat), maka tegangan referensi positif pada saat ini
adalah +vref = -BVsat dan kita namakan tegangan tersebut titik LTP (lower
trip point). Ini dikenal dengan histeresis.
gambar-1 : rangkaian osilator relaksasi dengan op-amp
Osilasi relaksasi
Bagian lain dari rangkaian gambar-1 adalah rangkaian umpanbalik negatif
yang terdiri dari resistor R dan kapasitor C. Sama halnya seperti rangkain
umpanbalik positif, tegangan referensi negatif pada bagian ini juga akan
berubah-ubah tergantung dari tegangan keluaran pada saat itu. Kita sebut saja
titik referensi komparator ini -vref. Bedanya, pada rangkaian umpanbalik
negatif ada komponen C yang sangat berperan dalam pembentukan osilasi.
Tegangan -vref akan berbentuk eksponensial sesuai dengan sifat pengisian
kapasitor. Dari keadaan kapasitor C yang kosong, tegangan akan menaik
secara ekponensial. Namun pada rangkaian ini tegangan -vref tidak akan dapat
mencapai tegangan tertinggi +Vsat. Karena ketika tegangan -vref sudah
mencapai titik UTP maka keluaran komparator op-amp akan relaks menjadi -
Vsat.
Demikian juga sebaliknya ketika tegangan keluaran op-amp relaks pada titik
saturasi terendah -Vsat, kapasitor C kembali kosong secara eksponensial.
Tentu saja pengosongan kapasitor C tidak akan sampai menyebabkan
tegangan -vref mencapai -Vsat. Ingat jika tegangan keluaran op-amp pada titik
saturasi terendah (-Vsat), tegangan referensi positif berubah menjadi titik LTP,
sehingga ketika -vref < LTP tegangan keluaran op-amp kembali relaks ke titik
saturasi tertinggi (+Vsat). Demikian seterusnya sehingga terbentuk osilasi
pada keluaran komparator.
Frekuensi osilator
Demikian prinsip kerja osilator ini dan dinamakan osilator relaksasi sebab
tegangan keluarannya relaks pada titik saturasi tertinggi dan terendah. Berapa
frekuensi osilator yang dapat dibuat, bisa dihitung dari kecepatan pengisian
dan pengosongan kapasitor C melalui resistasi R. Pada gambar diagram waktu
gambar-2, hendak ditentukan berapa perioda T dari osilator. Karena T = 2t
maka dihitung saja berapa nilai t. Pada contoh ini t = t2-t1.
gambar2 : diagram waktu frekuensi osilator
Masing-masing pada saat t2 dan t1 tengangan kapasitor adalah
Vt2 = Vsat (1-e-t2/RC) dan
Vt1 = Vsat (1 - e-t1/RC)
Perhatikan bahwa Vt2 = +BVsat dan Vt1 = -BVsat.
Dengan mengaplikasikan persamaan matematika eksponensial dari persamaan
di atas akan diperoleh :
t = t2-t1 = RC ln [( 1+B)/(1-B)]
dan
T = 2t = 2RC ln [( 1+B)/(1-B)]
Tentu frekuensi osilator dapat dihitung dengan f = 1/T. Sebagai contoh pada
rangkaian gambar 1, jika dihitung maka akan didapat T = 589 us atau f = 1.7
kHz.
III. KESIMPULAN
1. Osilator adalah suatu alat yang merupakan gabungan elemen-elemen aktif dan
pasif untuk menghasilkan bentuk gelombang sinusoidal atau bentuk
gelombang periodik lainnya. Suatu osilator memberikan tegangan keluaran
dari suatu bentuk gelombang yang diketahui tanpa penggunaan sinyal masuk
dari luar. Osilator mengubah daya arus seaarh (dc) dari catu daya ke daya arus
bolak-balik (ac) dalam beban. Dengan demikian fungsi osilator berlawanan
dengan penyearah yang mengubah daya searah ke daya bolak-balik.
2. Prinsip kerja Osilator Harmonisa yaitu Prinsip osilator ini dimulai dengan
adanya noise/desah saat pertama kali power dinyalakan. Noise/desah ini
kemudian dimasukkan kembali ke input penguat dengan melalui filter tertentu.
Karena hal ini terjadi berulang-ulang, maka sinyal noise akan menjadi
semakin besar dan membentuk periode tertentu sesuai dengan jaringan filter
yang dipasang. Periode inilah yang kemudian menjadi nilai frekuensi sebuah
osilator. Osilator harmonisa antara lain Osilator RC, Osilator LC dan Osilator
Kristal. Sedangkan Prinsip Kerja Osilator Relaksasi yaitu memanfaatkan
prinsip saklar secara terus menerus dengan periode tertentu yang menentukan
frekuensi output. Osilator relaksasi menghasilkan beberapa bentuk gelombang
non sinus, yaitu : Gelombang kotak, segitiga, pulsa dan gigi gergaji.
IV. DAFTAR PUSTAKA
Adibaduts. 2009. Elektronika. http://adibaduts.wordpress.com/elektronika/. (Di akses 19 Februari 2016)
Faizal. 2013. Rangkaian Osilator. Online. Faizalnizbah.blogspot.co.id/2013/06/rangkaian-osilator.html (Di akses 19 Februari 2016)
Sabrina, Abi. 2010. Osilator. Online. http://abisabrina.wordpress.com/category/ elektronika-dasar/page/3/. (Di akses 19 Februari 2016)